import java.util.Deque;
import java.util.LinkedList;

//排序第三次
public class Sort {
    //直接插入排序
    //时间复杂度 O(N²)
    //空间复杂度 O(1)
    //稳定性：稳定
    public static void insertSort(int[] arr){
        //i 遍历待排序的数组
        for (int i = 1; i < arr.length; i++) {

            //把要插入到有序序列的值 arr[i] 赋给 temp
            int temp = arr[i];
            int j = i - 1;//初始 j 指向有序数组的最后一个元素
            //j 遍历已经有序的数组
            for (; j >= 0; j--) {
                if(arr[j] > temp){
                    arr[j + 1] = arr[j];
                }else{
                    break;
                }
            }
            //这段代码本来是可以放在else 这一代码块中，但只是意味着插入待排序元素到下标为 1 ~ i 的位置
            //那如果插入的位置在 0 下标的位置，那么循环结束之后还得再写一遍，所以还是一起写到外面比较好
            arr[j + 1] = temp;
        }
    }

    //希尔排序
    //时间复杂度 O(N^1.3)
    //空间复杂度 O(1)
    //稳定性：不稳定
    public static void shellSort(int[] arr){
        int gap = arr.length;
        while(gap >= 1){
            gap /= 2;
            shell(arr,gap);
        }
    }

    private static void shell(int[] arr,int gap){
        for (int i = gap; i < arr.length; i++) {
            int temp = arr[i];
            int j = i - gap;
            for (; j >= 0; j-=gap) {
                if(arr[j] > temp){
                    arr[j + gap] = arr[j];
                }else{
                    break;
                }
            }
            arr[j + gap] = temp;
        }
    }

    private static void swap(int[] arr,int i,int j){
        int temp = arr[i];
        arr[i] = arr[j];
        arr[j] = temp;
    }

    //选择排序
    //时间复杂度 O(N²)
    //空间复杂度 O(1)
    //稳定性 ： 不稳定
    public static void selectSort1(int[] arr){
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            int minIndex = i ;
            int j = i + 1;
            for (; j < arr.length; j++) {
                if(arr[j] < arr[minIndex]){
                    minIndex = j;
                }
            }
            swap(arr,i,minIndex);
        }
    }

    public static void selectSort(int[] arr){
        int left = 0;
        int right = arr.length - 1;
        while(left < right){
            int minIndex = left;
            int maxIndex = right;
            int j = left + 1;
            for (; j <= right; j++) {
                if(arr[j] > arr[maxIndex]){
                    maxIndex = j;
                }
                if(arr[j] < arr[minIndex]){
                    minIndex = j;
                }
            }
            swap(arr,maxIndex,right);
            if(right == minIndex){
                minIndex = maxIndex;
            }
            swap(arr,minIndex,left);
            left++;
            right--;
        }
    }

    //堆排序
    //时间复杂度 O(NlogN)
    //空间复杂度 O(1)
    //稳定性 ： 不稳定
    public static void heapSort(int[] arr){
        createHugeHeap(arr);
        int end = arr.length - 1;
        while(end > 0){
            swap(arr,end,0);
            shiftDown(arr,0,end);
            end--;
        }


    }

    private static void createHugeHeap(int[] arr) {

        for(int parent = (arr.length - 1 - 1)/2; parent >= 0; parent--){
            shiftDown(arr,parent,arr.length);
        }
    }

    private static void shiftDown(int[] arr, int parent, int len) {
        int child = 2 * parent + 1;
        while(child < len){
            if(child + 1 < len && arr[child] < arr[child + 1]){
                child++;
            }
            if(arr[child] > arr[parent]){
                swap(arr,child,parent);
                parent = child;
                child = 2 * parent + 1;
            }else{
                break;
            }
        }
    }

    //冒泡排序
    //时间复杂度 O(N²)
    //空间复杂度 O(1)
    //稳定性：　稳定
    public static void bubbleSort(int[] arr){
        boolean falg = false;
        for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
            for (int j = 0; j < arr.length - 1 - i; j++) {
                if(arr[j] > arr[j + 1]){
                    swap(arr,j,j+1);
                    falg = true;
                }
            }
            if(falg == false){
                return;
            }
        }
    }

    //快速排序
    //时间复杂度 ： 最坏情况——数组已经有序或是逆序的情况下： O(N²)，
    //最好情况下，每次划分，较为平均,那么总层数为 h = logN ，每一层几乎都需要遍历 n 个节点
    //所以最好情况下：O(NlogN)
    //空间复杂度：
    //最好情况：O(logN)
    //最坏情况：O(N)
    //稳定性： 不稳定
    public static void quickSort(int[] arr){
        quick(arr,0,arr.length - 1);

    }

    private static void quick(int[] arr, int start, int end) {
        if(start >= end){
            return;
        }
        int mid = (start + end)/2;
        int midIndex = midThree(arr,start,end,mid);
        swap(arr,mid,start);

        //int pivot = partition(arr,start,end);
        int pivot = partition1(arr,start,end);
        quick(arr,start,pivot - 1);
        quick(arr,pivot + 1,end);
    }

    //填坑法
    private static int partition(int[] arr,int left,int right){
        int temp = arr[left];
        while(left < right){

            //这里的等号不能省略，否则会陷入死循环
            //而有了等号，left < right 这个条件就不能省略
            while(left < right && arr[right] >= temp){
                right--;
            }
            swap(arr,right,left);
            while(left < right && arr[left] <= temp){
                left++;
            }
            swap(arr,left,right);
        }
        arr[left] = temp;
        return left;
    }

    //Hoare 法
    private static int partition1(int[] arr,int left,int right){
        int temp = arr[left];
        int i = left;
        while(left < right){
            while(left < right && arr[right] >= temp){
                right--;
            }
            while(left < right && arr[left] <= temp){
                left++;
            }
            swap(arr,left,right);
        }
        //当 left == right 时，该下标的数值一定比 temp 小，因此可以换到左边去
        //这也是 right 先走的原因！！
        swap(arr,left,i);
        return left;
    }

    //三数取中法：优化快排
    private static int midThree(int[] arr,int head ,int tail ,int mid){
        if(arr[head] > arr[tail]){
            if(arr[mid] > arr[head]){
                return head;
            }else if(arr[tail] > arr[mid]){
                return tail;
            }else{
                return mid;
            }
        }else{
            if(arr[mid] > arr[tail]){
                return tail;
            }else if(arr[mid] < arr[head]){
                return head;
            }else{
                return mid;
            }
        }
    }

public static void quickSortNor(int[] arr){
        int left = 0;
        int right = arr.length - 1;
        int pivot = partition(arr,left,right);
        Deque<Integer> stack = new LinkedList<>();
        if(pivot - 1 > left){
            stack.push(pivot - 1);
            stack.push(left);
        }
        if(right > pivot + 1){
            stack.push(right);
            stack.push(pivot + 1);
        }

        while(!stack.isEmpty()){
            left = stack.pop();
            right = stack.pop();
            pivot = partition(arr,left,right);
            if(pivot - 1 > left){
                stack.push(pivot - 1);
                stack.push(left);
            }
            if(right > pivot + 1){
                stack.push(right);
                stack.push(pivot + 1);
            }
        }
}

public static void mergeSort1(int[] arr){
        divide(arr,0,arr.length - 1);
}

private static void divide(int[] arr,int left,int right){
        if(left >= right){
            return;
        }

        int mid = (left + right)/2;
        divide(arr,left,mid);
        divide(arr,mid+1,right);
        merge(arr,left,right,mid);
}

    private static void merge(int[] arr, int start, int end, int mid) {
        int s1 = start;
        int s2 = mid + 1;
        int[] temp = new int[end - start + 1];
        int k = 0;
        while(s1 <= mid && s2 <= end){
            if(arr[s1] < arr[s2]){
                temp[k++] = arr[s1++];
            }else{
                temp[k++] = arr[s2++];
            }
        }
        while(s1 <= mid){
            temp[k++] = arr[s1++];
        }
        while(s2 <= end){
            temp[k++] = arr[s2++];
        }
        for (int i = 0; i < temp.length; i++) {
            arr[start + i] = temp[i];
        }
    }

    public static void mergeSort(int[] arr){
        int gap = 1;
        while(gap < arr.length){
            for (int i = 0; i < arr.length; i += 2 * gap) {
                int left = i;
                int mid = left + gap - 1;
                if(mid >= arr.length){
                    mid = arr.length - 1;
                }
                int right = mid + gap;
                if(right >= arr.length){
                    right = arr.length - 1;
                }
                merge(arr,left,right,mid);
            }
            gap *= 2;
        }
    }

    public static void countSort(int[] arr){
        int max = arr[0];
        int min = arr[0];
        for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
            if(arr[i] > max){
                max = arr[i];
            }
            if(arr[i] < min){
                min = arr[i];
            }
        }

        int[] count = new int[max - min + 1];

        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            count[arr[i] - min]++;
        }

        int k = 0;
        for (int i = 0; i < count.length; i++) {
            while(count[i] > 0){
                arr[k] = i + min;
                k++;
                count[i]--;
            }
        }
    }

}
